建南氣田北部下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組飛三段白云巖成因

馬登峰 康 紅 劉 漪

（中國(guó)石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院）

建南氣田北部下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組飛三段白云巖成因

馬登峰 康 紅 劉 漪

（中國(guó)石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院）

在鄂西渝東區(qū)建南氣田下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組飛三段沉積相研究的基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述了區(qū)內(nèi)泥－粉晶白云巖、藻紋層白云巖、細(xì)晶白云巖及具殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖的巖石學(xué)特征，并結(jié)合碳氧同位素、微量元素、成巖溫度和鹽度的巖石地球化學(xué)特征資料認(rèn)為：泥－粉晶白云巖和藻紋層白云巖為滲濾回流白云化作用形成；細(xì)晶白云巖和具殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖為埋藏白云化作用形成。圖4表3參8

白云巖 成因分析 巖石學(xué)特征 地球化學(xué)特征 飛仙關(guān)組 建南氣田

建南氣田南部下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組飛三段（T1f3）鮞粒灰?guī)r儲(chǔ)層是建南氣田主要產(chǎn)氣層之一，而北部飛仙關(guān)組飛三段白云巖儲(chǔ)層相對(duì)發(fā)育，已經(jīng)有多口井鉆遇優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層，但僅有3口井能夠穩(wěn)定生產(chǎn)，由于研究程度較低，對(duì)儲(chǔ)層分布及主控因素目前認(rèn)識(shí)尚不太清楚。本研究是以建南氣田北部為目標(biāo)，重點(diǎn)對(duì)下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組的白云巖特征及其成因機(jī)理進(jìn)行了論述。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

早三疊世飛仙關(guān)期，川東地區(qū)屬于上揚(yáng)子地臺(tái)的一部分，其沉積面貌基本上繼承了晚二疊世的特點(diǎn)［1］。鄂西渝東地區(qū)位于川東地區(qū)的東緣，飛仙關(guān)組與長(zhǎng)興組基本上是連續(xù)沉積。長(zhǎng)興組沉積末期—飛仙關(guān)組沉積早期，鄂西渝東區(qū)基底相對(duì)下沉，大部分地區(qū)由長(zhǎng)興組沉積末期的開闊臺(tái)地相發(fā)育區(qū)演變?yōu)轱w仙關(guān)組沉積早期的淺水陸棚相發(fā)育區(qū)，巖性也由臺(tái)地相碎屑灰?guī)r過(guò)渡為陸棚相薄層狀灰?guī)r。同時(shí)，由于飛一段—飛二段沉積時(shí)期強(qiáng)烈的填平補(bǔ)齊作用，演化到飛三段沉積時(shí)期使得鄂西渝東區(qū)為西高東低的緩坡型臺(tái)地，為鄂西渝東地區(qū)（尤其是建南氣田南部）飛三段顆粒灘的廣泛發(fā)育奠定了基礎(chǔ)，且具有明顯的由西南向北東方向遷移抬升的特征。

2 沉積相模式及類型

2.1 沉積相模式

下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)期飛三時(shí)，建南氣田處于緩坡型碳酸鹽巖臺(tái)地沉積環(huán)境，建南南部為開闊臺(tái)地相，建南北部為局限臺(tái)地相，進(jìn)一步可劃分為潮下低能、潮下—潮間高能灘、潮坪、瀉湖四個(gè)亞相帶（圖1）。其中，建南氣田北部飛三段白云巖主要發(fā)育于局限臺(tái)地潮坪亞相。

圖1 建南氣田飛仙關(guān)組飛三段沉積相模式

2.2 沉積相類型

（1）開闊臺(tái)地

鮞粒灘亞相：是臺(tái)地上的潮下高能環(huán)境沉積。除潮汐作用外，還受較強(qiáng)風(fēng)浪作用影響，形成鮞粒、砂屑及核形石混合沉積體。巖石類型主要為亮晶鮞?；?guī)r、亮晶砂屑灰?guī)r及亮晶粒屑灰?guī)r。常見各種雙向交錯(cuò)層理、改造波痕及平行層理等沉積構(gòu)造。鮞粒灘體呈席狀展布，具有平面上不規(guī)則、縱向上不穩(wěn)定、單層厚度小的特征，常與局限臺(tái)地或開闊臺(tái)地亞相微晶灰?guī)r呈互層狀，縱向上可有多個(gè)旋回疊加，形成不規(guī)則的鮞灘疊置體。鮞粒灘體經(jīng)過(guò)白云化和溶解作用形成次生孔隙，成為較好的儲(chǔ)層。

砂屑灘亞相：位于高能鮞粒灘相向陸一側(cè)，是臺(tái)地上的潮間高能環(huán)境沉積，主要受潮汐作用的控制。巖石類型為砂屑灰?guī)r、粒屑灰?guī)r及藻屑灰?guī)r。砂屑、藻屑多為亮晶膠結(jié)，部分為泥、粉晶充填，重結(jié)晶作用不明顯。沉積構(gòu)造主要有縫合線構(gòu)造及藻紋層理，縫合線內(nèi)充填少量泥質(zhì)，指示相對(duì)高能環(huán)境。局部層位暴露于大氣中，被淡水溶蝕后形成空心結(jié)構(gòu)，后期的碳酸鈣溶液充填其中形成方解石斑晶，或順層分布形成窗格構(gòu)造。

（2）局限臺(tái)地

潮坪相：位于高能鮞灘相的向陸一側(cè)或在海平面低水位期由鮞粒灘相演變而成。主要由泥晶或粉晶含云灰?guī)r及白云巖組成，并有少量泥質(zhì)或砂屑、藻屑灰?guī)r薄層或條帶。沉積構(gòu)造常見粒序?qū)永?、微波狀層理、韻律層理等潮汐層理，以及鳥眼、充填構(gòu)造。許多剖面為鮞?；?guī)r與藻灰?guī)r交互沉積，表明藻坪與鮞粒灘環(huán)境是隨海平面變化而交替出現(xiàn)的，在海平面低水位期沉積藻灰?guī)r而在海平面高水位期則沉積鮞?；?guī)r。

瀉湖亞相：是指臺(tái)地上海水循環(huán)受限制的潮下低能碳酸鹽沉積環(huán)境。巖石類型有泥晶灰?guī)r、泥晶云質(zhì)灰?guī)r、泥晶云巖、泥晶球?；?guī)r、泥巖等。該亞相沉積厚度相對(duì)較大、分布較廣。僅有局部粒屑灘經(jīng)白云化或溶解作用改造后能形成儲(chǔ)層。

3 白云巖巖石學(xué)特征

3.1 泥－粉晶白云巖和藻紋層白云巖

泥－粉晶白云巖：主要分布在飛四段，飛三段上部鮞粒灰?guī)r中為薄層狀分布。主要由泥晶白云石組成，少部分為細(xì)粉晶白云石，微含泥質(zhì)，發(fā)育水平紋層、微波狀水平層理，同時(shí)見縫合線構(gòu)造（圖2a，圖2b）。藻紋層白云巖主要由粉晶白云石組成，少量為泥晶白云石；藻紋層是由藻紋層灰?guī)r中方解石為泥、粉晶白云石完全交代形成，基本上保留了其明暗間互的原始微細(xì)紋層結(jié)構(gòu)。這兩類白云巖形成時(shí)間早，白云化發(fā)生于準(zhǔn)同生期［2］。

3.2 細(xì)晶白云巖

細(xì)晶白云巖：分布在飛三段中部，厚度相對(duì)較大，為中厚層狀分布。主要由細(xì)晶白云石組成，含有少量的粗粉晶白云石、中晶白云石。白云石晶體以自形菱面體為主，部分晶體具環(huán)帶構(gòu)造，反映了緩慢結(jié)晶的特點(diǎn)。晶體表面較臟，少數(shù)具霧心亮邊結(jié)構(gòu)，陰極發(fā)光顯微鏡下未見殘余結(jié)構(gòu)現(xiàn)象（圖2c，圖2d）。這類白云巖形成時(shí)間晚，白云化發(fā)生于淺埋藏期。在埋藏階段白云化作用比較緩慢，以致形成的白云石晶體自形程度好［3］。

3.3 殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖

殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖：分布中飛三段中部，厚度小，常與細(xì)晶白云巖伴生。主要由粉晶白云石組成，含有少量的泥晶白云石、細(xì)晶白云石。由于粒屑的核心被選擇性重結(jié)晶和埋藏溶蝕，殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖保留了粒屑的原始結(jié)構(gòu)特征，如鮞粒、砂屑的橢圓形結(jié)構(gòu)、藻團(tuán)粒的不規(guī)則藻環(huán)結(jié)構(gòu)（圖2e，圖2f）。多數(shù)殘余粒屑結(jié)構(gòu)白云巖中白云化不完全，粒屑的核心常被選擇性交代，形成晶形完好的白云石晶體，而粒屑的圈層并未交代；這樣的顆粒還常被選擇性溶解，形成粒內(nèi)溶孔。這類白云巖形成時(shí)間比較晚的。

圖2 飛仙關(guān)組白云巖巖石類型圖版

4 白云巖地球化學(xué)特征

4.1 碳、氧同位素

全巖樣品碳氧同位素分析數(shù)據(jù)表明（表1）：各類白云巖碳同位素平均值，泥—粉晶白云巖與藻紋層白云巖6.36，細(xì)晶云巖4.88，殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖／云質(zhì)灰?guī)r4.41，灰?guī)r4.27；氧同位素平均值，泥—粉晶云巖與藻紋層白云巖－5.43，細(xì)晶云巖－6.1，殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖／云質(zhì)灰?guī)r－6.07，灰?guī)r－7.16。顯示由灰?guī)r—云質(zhì)灰?guī)r／灰質(zhì)云巖—細(xì)晶云巖—泥粉晶云巖，碳氧同位素同時(shí)正向偏移（圖3），指示白云化成巖環(huán)境與咸化或濃縮的海源流體性質(zhì)有關(guān)。

表1 不同類型白云巖及灰?guī)r碳、氧同位素分布統(tǒng)計(jì)表

其中，細(xì)晶白云巖碳氧同位素分布比較穩(wěn)定、變化范圍??；與灰?guī)r相比，其碳氧同位素向高正值方向偏移，與泥晶白云巖和藻紋層白云巖相比，其碳同位素明顯向低負(fù)值方向偏移（圖3）；表明細(xì)晶白云巖的成巖環(huán)境與地層水一定程度的濃縮影響有關(guān)。

圖3 不同類型白云巖及灰?guī)r碳、氧同位素相關(guān)圖

4.2 微量元素

微量元素分布主要受沉積、成巖環(huán)境的控制［4］，能反映沉積環(huán)境及沉積流體方面的特征，F(xiàn)e和Mn是判別氧化還原的敏感元素，Na和K可以判斷鹽度的大小，進(jìn)而判斷沉積環(huán)境［5］。

研究區(qū)不同類型白云巖及灰?guī)r的微量元素分析結(jié)果見表2。從表2、圖4中可以看出，與灰?guī)r相比較，區(qū)內(nèi)泥—粉晶白云巖中元素Sr質(zhì)量比重相近，Ba、Al、Fe3＋、Mn、Na、K的質(zhì)量比重異常高，反映了泥—粉晶白云巖為高鹽度海水的準(zhǔn)同生白云化作用；而細(xì)晶白云巖中Sr元素質(zhì)量比重相近，Ba、Al、Fe3＋、Mn、Na、K的質(zhì)量比重較高，反映出細(xì)晶白云巖受鹽度較高的海源流體影響的特征。

4.3 成巖溫度和鹽度

許多學(xué)者研究認(rèn)為同位素δ13C、δ18O值的變化趨勢(shì)都是與其成巖溫度及鹽度有關(guān)，并提出了許多應(yīng)用δ13C、δ18O計(jì)算成巖溫度和鹽度的關(guān)系式，如：

T＝14.8－5.41×δ18O，δ的標(biāo)準(zhǔn)為PDB（Tucker M，Wright V P，1990）［3］。

Z＝2.048（δ13C＋50）＋0.498（δ18O＋50），δ的標(biāo)準(zhǔn)為PDB（keith和Webber，1964）［3－6］。式中，Z值是指示古鹽度的參數(shù)，含鹽度高，Z值大，反之則?。?］。當(dāng)Z＞120時(shí)為海相，Z＜120時(shí)為陸相［3］。

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)飛仙關(guān)組43個(gè)白云巖樣品碳、氧同位素分析數(shù)據(jù)，運(yùn)用上述公式進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。結(jié)果表明，泥—粉晶白云巖的平均鹽度指數(shù)為137.5，溫度為44℃；細(xì)晶白云巖平均鹽度指數(shù)為134，溫度為48℃；殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖平均鹽度指數(shù)為133，溫度為48℃。說(shuō)明泥—粉晶白云巖形成的鹽度比細(xì)晶白云巖、殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖高，形成的溫度則比細(xì)晶白云巖、殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖低，而細(xì)晶白云巖、殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖成巖環(huán)境相似。預(yù)示本區(qū)不同結(jié)構(gòu)類型的白云巖是在兩種不同的成巖環(huán)境下形成，其成因機(jī)理亦不同。

5 白云巖成因機(jī)理分析

5.1 滲濾回流白云化作用

飛仙關(guān)組泥—粉晶白云巖和藻紋層白云巖形成于局限臺(tái)地瀉湖亞相—蒸發(fā)臺(tái)地相帶，其白云化作用主要發(fā)生在準(zhǔn)同生期。準(zhǔn)同生期白云化作用形成的白云石晶粒較細(xì)小，且含一定量的泥質(zhì)，主要原因是由于結(jié)晶速度快、比表面積大、吸附能力強(qiáng)，懸浮在水體的分散泥質(zhì)被吸附在細(xì)小晶體的表面而沉淀下來(lái)［7］。其巖石地球化學(xué)特征碳氧同位素值相對(duì)較高，微量元素Sr、Ba、Al、Fe3＋、Mn、Na、K質(zhì)量比重高，反映出蒸發(fā)環(huán)境下的高鹽度海水特征。該類白云巖是滲濾回流白云化的產(chǎn)物［6］。

表2 不同類型白云巖及灰?guī)r微量元素分析數(shù)據(jù)表

表3 不同類型白云巖平均鹽度指數(shù)和溫度統(tǒng)計(jì)表

5.2 埋藏白云化作用

飛云仙關(guān)組細(xì)晶白云巖與殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖主要形成于局限臺(tái)地相潮坪亞相。該類白云巖晶粒分布范圍大，以細(xì)晶為主，少部分為粗粉晶、中晶，白云石晶粒呈自形、半自形或它形，部分晶體具霧心結(jié)構(gòu)或環(huán)帶構(gòu)造。其原因可能是，隨著埋藏深度逐漸增加，沉積物孔隙中的海源流體在上覆載荷的增加過(guò)程中逐漸壓實(shí)脫水，一些富Mg2＋壓實(shí)流體進(jìn)入到鄰近滲透性較好的灰?guī)r中，并將其白云化［8］。巖石碳氧同位素值及微量元素含量介于泥－粉晶白云巖和泥晶灰?guī)r之間，相比來(lái)說(shuō)與泥晶灰?guī)r更接近、而與泥－粉晶白云巖有明顯的區(qū)別，反映出埋藏環(huán)境下的鹽度較高的海源流體特征。該類白云巖是與壓實(shí)作用有關(guān)的中—深埋藏白云化作用的產(chǎn)物。

圖4 不同類型白云巖及微量元素含量對(duì)比圖

6 白云巖分布及有利勘探區(qū)

研究區(qū)飛三段白云巖以發(fā)育細(xì)晶白云巖儲(chǔ)層為主要特征，其晶間溶孔及晶間孔發(fā)育，平均孔隙度7.83%，平均滲透率1.58 mD，為本區(qū)的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層；主要形成于局限臺(tái)地潮坪環(huán)境，大致沿NW向?yàn)a湖的邊緣呈環(huán)帶狀分布，其走向與川東北飛仙關(guān)期局限臺(tái)地NW走向相同，可能為川東北局限臺(tái)地向東南方向的延伸。平面上白云巖具有成帶分布的特點(diǎn)，主要分布于建10井—建35－2井區(qū)及建41井—新店1井—龍8井區(qū)，在這兩個(gè)井區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多口工業(yè)氣井，是目前建南氣田北部飛三巖性氣藏的主力產(chǎn)區(qū)。

從建南氣田北部前期勘探來(lái)看，幾乎都以飛三鮞灘巖性圈閉為目標(biāo)，但建南北部飛三鮞灘巖性致密，勘探開發(fā)效果均不理想。而白云巖儲(chǔ)層物性較好，且成帶分布，應(yīng)該成為今后勘探的主要方向。結(jié)合本次沉積相研究及白云巖成因機(jī)理分析，認(rèn)為建南北部飛三段應(yīng)以環(huán)瀉湖邊緣發(fā)育的潮坪白云巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層開展下一步勘探工作。

7 結(jié)論

建南氣田北部飛仙關(guān)組白云巖為泥—粉晶白云巖、藻紋層白云巖、具殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖和細(xì)晶白云巖，主要分布在局限臺(tái)地瀉湖亞相與潮坪亞相，其成因分別為：泥微晶白云巖、藻紋層白云巖為滲透回流白云化作用形成；細(xì)晶白云巖、殘余粒屑結(jié)構(gòu)（灰質(zhì)）白云巖為埋藏白云化作用形成。白云巖儲(chǔ)層為建南氣田北部飛仙關(guān)組飛三段的主要儲(chǔ)層，白云巖成因的研究對(duì)該地區(qū)進(jìn)一步的勘探開發(fā)具有重要的意義。

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（修改回稿日期 2013－08－30 編輯 王曉清）

馬登峰，男，1969年出生，高級(jí)工程師；從事氣藏評(píng)價(jià)工作。地址：（430223）湖北省武漢市東湖高新區(qū)大學(xué)園路18號(hào)。電話：（027）52307255。E－mail：mdf925＠163.com